李家仁，宋燕敏，文茂華，張 毅

（1長江空間信息技術工程有限公司（武漢），武漢 430010；2中國水利水電建設工程咨詢西北公司，西安 710001）

1 引 言

糯扎渡水電站位于云南省思茅市境內(nèi)，攔河大壩為黏土心墻堆石壩，壩頂高程821.5m，最大壩高為261.5m。

為了了解摻礫黏土心墻的內(nèi)部擾動情況，在心墻壩軸線布設3條活動式測斜管。因堆石壩較高（最大壩高為261.5m），在最大壩高處布設1條固定式測斜儀管線，管內(nèi)設計埋設45支固定式測斜儀傳感器，每支傳感器間距6m。

2 測斜儀結構及工作原理

固定式測斜儀由測斜管和一組串聯(lián)安裝的固定式測斜傳感器組成。本工程選用的固定式測斜儀由美國達漢土工公司供貨。從下至上依次由底部滑輪、傳感器、標距桿組成，信號電纜從傳感器上部引出。每段上部用φ6鋼絲繩連接到管口固定裝置。固定式測斜儀結構如圖1所示。考慮受力情況，需要分段埋設。

圖1 固定式測斜儀結構圖

固定式測斜儀的工作原理是：測斜管底部埋入混凝土內(nèi)作為固定端，當摻礫黏土心墻內(nèi)部發(fā)生位移時，測斜管管體產(chǎn)生傾斜，從而引起安裝在管內(nèi)的傳感器發(fā)生傾斜，通過傳感器測量固定在測斜管某一高程上傳感器的傾斜信號，計算該傳感器的傾斜值或角度。再根據(jù)傳感器的標距長度計算該段測斜管的位移偏移量。

將信號電纜芯線按照表1所示連接到讀數(shù)儀對應的接線柱上，讀取A軸、B軸（分別對應大壩上下游和左右岸）電壓和熱敏電阻值。

表1 信號電纜芯線

根據(jù)下述公式計算A軸或B軸的傾斜值：

其中C3～C0為A軸或B軸的系數(shù)，Vo1ts為A軸或B軸的輸出電壓。

進行溫度修正后的傾斜值：

其中T1～T0為溫度系數(shù)，TdegC為熱敏電阻值。

計算傳感器標距長度的偏移量：

根據(jù)傳感器的初始偏移量和當前偏移量計算傳感器的位移值：

3 出現(xiàn)的問題及原因分析

2009年9月25日埋設第一段共12套，埋設高程從▽559.6到▽622.2。儀器埋設后按照技術要求進行觀測。自2009年10月22日起，最下面的7套儀器（DB－B－INI－01～07）觀測值出現(xiàn)突變，見表2，其變化過程線如圖2所示。

按照儀器6m標距進行計算，傳感器上下游方向最大偏移量達到121.88mm。而與其相距僅9m的C斷面活動式測斜管的上下游方向最大偏移量不超過30mm。從活動式測斜管的最大偏移量以及測斜管的柔性分析，該固定式測斜管的最大偏移量不可能達到121.88mm。即該監(jiān)測成果不能反應心墻的實際性態(tài)。

表2 第一套固定式測斜儀偏移值變化表

圖2 第一段固定式測斜儀前期觀測圖

因其計算方法是由傳感器的傾斜換算到標距桿的偏移，只有當測斜儀落底，標距桿被壓斷，使傳感器偏離測斜管中心線，導致偏移量錯誤，不能代表測斜管的真實傾斜。傳感器落底有以下兩個原因：

一是因最底部的傳感器距孔底僅0.6m，而12套測斜儀安裝在72m深的測斜管中，其重量全部壓在測斜管管口。按每3m長的測斜管要加一個0.75m長的伸縮節(jié)計算，72m測斜管最大壓縮量為2.88m。若測斜管承受12套測斜儀的重量后被壓縮，加上黏土心墻的自然沉降，則很容易使測斜儀落底。

二是標距桿的兩端均是用膨脹螺栓連接，見圖3所示。當膨脹螺絲擰緊后，螺絲擠壓楔形塊，使兩楔形塊相互錯開，斜撐在標距桿內(nèi)壁上。如果測斜儀水平放置，膨脹螺栓所受軸心拉力不大，是不會產(chǎn)生脫落的。而本工程是豎直放置在測斜管內(nèi)，安裝在上部的測斜儀除承受本套測斜儀的自重外，還承受安裝在下部的其它測斜儀的重力，而標距桿內(nèi)壁比較光滑，即使安裝時膨脹螺栓擰得比較緊，在有水的測斜管內(nèi)，長期承受測斜儀向下的拉力，可能被拉脫，使部分測斜儀落底。

圖3 用膨脹螺栓連接的固定式測斜儀

4 安裝方法改進

4.1 儀器結構的改進

鑒于上述原因，必須對連接件進行改進。首先將膨脹螺栓安裝到標距桿上，擰緊螺絲。然后，用氬弧焊將螺絲焊接到標距桿上，使膨脹螺栓和標距桿形成一個整體，見圖4。

圖4 焊接后的標距桿

4.2 埋設方法的改進

除改進測斜儀結構外，在埋設方法上也進行改進，要點如下：

（1）用全站儀測量測斜管管口三維坐標，其高程是最主要的。

（2）用活動式測斜儀（測量前用模擬探頭檢查導槽是否順暢）測量測斜管的傾斜，同時測量測斜管的有效孔深，根據(jù)孔深和管口高程計算孔底高程。

（3）精確測量1套連接后的固定式測斜儀的長度，然后根據(jù)有效孔深和1套固定式測斜儀的長度計算需要安裝幾套固定式測斜儀。

（4）為了避免因測斜管被壓縮和大壩的自然沉降而使測斜儀落底，安裝時將底部預留3米空間，上部到孔口的間距盡可能安排得較小（0.5m左右）。

（5）為了防止安裝不慎而使測斜儀掉落，在第1套測斜儀的底部穿1根保護鋼絲繩，鋼絲繩不固定。兩端預留大于孔深的長度，安裝時，兩端鋼絲繩同時下放。全部測斜儀安裝入孔后，抽出鋼絲繩。

（6）在進行連接安裝時，小心旋轉(zhuǎn)螺絲，并握緊已經(jīng)入孔的下部分，防止用力過猛使滑輪被旋到導槽外面。

（7）安裝時要注意電纜應分開綁扎到滑輪兩側方向，可避免阻礙滑輪在導槽中的運行。

5 結束語

固定式測斜儀在大壩監(jiān)測中意義重大，然而在實際安裝埋設中由于測斜儀自身的結構問題和埋設過程中的疏忽，可能會出現(xiàn)測斜儀落底，造成測斜儀受到外力作用，不能在自由傾斜狀態(tài)下工作，從而不能代表測斜管的真實傾斜。本文深入地分析了導致上述問題的原因，主要在儀器結構和埋設方法上進行改進，采用新的儀器連接工藝和埋設方法，有效地防止測斜儀落底，達到監(jiān)測目的。

［1］肖光岐.固定式測斜儀的研制與應用［J］.煤炭科學技術，1996，（8）.

［2］李桂平，等.基于高精度雙軸敏感元件研制的二維固定式測斜儀［J］.西北水電，2011，（9）.

［3］袁培進，等.測斜儀數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)［J］.大壩觀測與土工測試，1991，（6）.

［4］嚴人覺.測斜儀的數(shù)據(jù)處理［J］.工業(yè)建筑，1982，（11）.